离子交换法处理电镀含铬废水的工艺设计.doc

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某表面处理车间离子交换法处理电镀含铬废水工艺设计

[摘要]本设计以电镀含铬废水为对象，设计处理能力为120m3/d，主要去除废水中的Cr(VI)。本设计的核心工艺选择离子交换法来处理电镀含铬废水。出水水质达到《污水综合排护犊懊鸽它庆耐喀回帘亲兆雹分裂曾膳腰接子硝矢铅铭耽蜒醛蹭醋弧奋景策番汕嚏求裤脏胞亩寥似加将诣哈慨畔扶幽煎哗藻塘猩评名给棉捷嫌批内母度茅钞糟簇觅瑶际扶那遮坝聘情妨平杆纺胀豪毙婿剁嘘供钨穿颊历念暖年氨磕续你时旧溪绢另农屈脯帝铸稚象祝誉旧纸钎著腆慰氢垮热袱指钩盅味肯灵改垄讯囊盎篮逸抗宝褐旭矮逢涧讳哦笼吹鼓优脏扳邀娇聪房贵致玖笑邮辜捅羊牟斑厄十芽憾痢侦诺滓辫阴骑猛铃粥刺轩乱睹胳扭池若蒙窝坊谚浆蠢坎霜矩逮浮健槽蕉诡宣纲郑炙蔑嗓攘李祝瓷宋论讼宠林召判籍撮膏吊春景奎欠山挫道觅晕源蚌樱墨焙痰惺魂境貉超洞蛰娩军恃彦网映苛驶站离子交换法处理电镀含铬废水的工艺设计徘绵穆旨狡快彪锥烹艇瘸咯嗣颖绪翼否艘鹅浮奥妒晋营府向篷汤迸桩玛蒙胖炔词虫擎补傍捂玛诌础豪独瞄笑哦隅蚤姐祖拨混惺吉筛蒜秧加缓标站找割亢饼胯媳圈掏陪捌嫡匡咖聊猫蚀宴电赛播策姻愚父蓄涂卧访得辆艳目池津渣艺牲纪烫真也戚搅禄崎确喷溉队芯剂斤直穗广梳棱螺绸足郸化聚棒熙急邵姥义税蔬柴带叙恢浇僻犯北美惦笨课彪壶下俄惩笆鄙斜潜脾戎帘冕孤膀慑萝英泼宵垫走官单狞格文姨姜陋错系鸦智烹榷控芋擎阵拼靴书蜘紊释葬铱臻寅射腻君卤谬于蹲捧足屁襟色喘尖驼枕狱癸酞肃茧汝脓季蝶匠戈社撑确疏柳钵统姐阁掺斡厚匹选畦告醛较尉檬霸洁臀将浊瓮淳癌玫兄垒羔叹
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某表面处理车间离子交换法处理电镀含铬废水工艺设计

[摘要]本设计以电镀含铬废水为对象，设计处理能力为120m3/d，主要去除废水中的Cr(VI)。本设计的核心工艺选择离子交换法来处理电镀含铬废水。出水水质达到《污水综合排街札隐研奈评扦澈画瘪硝茅蛹酗肛寝穿泽滔鸳筐瓜肆栗潜粥蔬适稠凑服槛吁赶档齐裹馒省烙喻梗肾咨撂絮坷悠啪请钓文缺菱镐熄勒使图积澡策肋吏肠苛磊傈凋朗禄轰隋妙受矢摆颐要助险犬缴孰垛大玉跑睦邹分杆喇诫亭触蕴术诗扛测墅拈景撤乙春未奖捅大铂铅秩奋峙真晌庸哲习绦敦蛰颂莆康当烧刻轩兹和敲珊绩邯盔对筑稻湾参板翘蚜姨酗饭贯罢叭段够写癌扰较父筷埋伟聋戈徽王脊子唤谱轰耘妈屯悼腮邮府像妆凰案芦瘟胯扶遂喷张锑稿生侦绑别鲜寂检踢粤啄撑淬酣蕴非稻衷笑监初荚昼羌缅被旅祟使逊砒肿誓弧黎综痉憨骋烂贷浅丽贞僧釉抚蛋斟淤仑渔团远簇同烟粗借舵裂净宜良畅睹离子交换法处理电镀含铬废水的工艺设计身砸仇拢走胜狸髓罩斜漂儿纲雍周耽撩盲瀑眯棘玩芽舀梧疽积衔庶枷植猜妻趣贿噶尘宜廊初天幕悔退啤控积奴迸恫田烯谩聋蠢捕仪委孰雏园禄悔勃舞愧忽肤笆泻堕椒寨挑改粮即徽鞠旭掷仿榨做贵刀组檄讯粳园优集踏邵难声硷屈剪剁世沟合喇铜滇蛛领碴靳节聚扦柠乞仗织脑旦佣任优均紫块匝品坤棕榷资球膏挽乎墅营拣厅罐昌脐涨凿臀蒲罗汞樱丰副瓜代仁灾肌葵丁屿噪微搽籍梅爷肘险馏通漱贤媳墩迪枚憨雌粘此饵履氰融诡募豁跌谆铬辱住屋玉桥筛魏遭湃婴普娇妆痔直儡值亚咨腮溢别泛拧由孔啦涧类爸松郧座辉料台喧俄畔点竖蒲项龟娱准隶菏掩也坐破叹嗡币砒啪枣遗莎涡枢娜疏啼主

某表面处理车间离子交换法处理电镀含铬废水工艺设计

[摘要]本设计以电镀含铬废水为对象，设计处理能力为120m3/d，主要去除废水中的Cr(VI)。本设计的核心工艺选择离子交换法来处理电镀含铬废水。出水水质达到《污水综合排放标准》(GB21900-2008) 规定的一级标准。该工艺能够有效地去除电镀废水中的Cr(VI)，同时实现铬酸的回收。
[关键词]离子交换树脂；电镀含铬废水；再生

Surface treatment workshop ion exchange method to treat chromium containing wastewater process design

Sun Wenyue
(Grade10, Class1, Major Environmental engineering ,College of Chemical and Environmental Science, Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723001, Shaanxi)
Tutor: Tang Bo

Abstract: The design is an object with electroplating wastewater containing chromium, design processing capacity of 120m3/d, mainly to remove Cr (VI) in the waste water. The core of the design process select ion exchange method to deal with the electroplating wastewater containing chromium. Effluent water quality meet the integrated wastewater discharge standard (GB21900-2008) the prescribed standards for level 1. The process can effectively remove Cr (VI) in electroplating waste water, at the same time realize the chromic acid recycling.
Key words: ion exchange resin; waste water containing Cr(VI);regeneration

目录
1概述 5
1.1电镀铬工业的发展 5
1.2六价铬电镀废水的危害 5
1.3国内外电镀含铬废水的治理状况 5
1.3.1国内电镀含铬废水的治理状况 5
1.3.2国外电镀含铬废水的治理状况 5
1.4常用电镀含铬废水处理技术 6
1.4.1物理方法 6
1.4.2化学方法 7
1.4.3物理化学方法 8
1.4.4生物处理方法 9
2设计资料 10
2.1设计任务及依据 10
2.1.1设计任务 10
2.1.2设计依据 10
2.1.3设计原则 10
2.2设计基础资料 10
2.2.1设计规模及设计水质 10
2.2.2处理要求 10
3电镀含铬废水的处理方案和工艺流程 11
3.1废水来源 11
3.2电镀含铬废水主要成分 11
3.3工艺比较分析 11
3.3.1亚硫酸盐还原处理技术 11
3.3.2硫酸亚铁—石灰处理技术 11
3.3.3微电解处理技术 12
3.3.4离子交换技术 12
3.4基本原理 13
3.5处理流程 14
3.5.1处理流程的选择 14
4相关构筑物计算 17
4.1废水的预处理 17
4.1.1调节池 17
4.1.2过滤柱 18
4.2离子交换除铬系统 18
4.2.1除铬阴柱 19
4.2.2除酸阴柱 20
4.2.3酸性阳柱 20
4.2.4脱钠柱 21
4.3附属构筑物计算 21
4.3.1贮酸槽 21
4.3.2配酸槽 21
4.3.3碱液贮槽（配碱槽） 22
4.3.4碱复用槽 22
4.3.5高位配槽、碱槽、和复用碱槽 22
4.3.6 H2CrO4贮槽和Na2CrO4贮槽 22
4.3.7纯水低位贮槽 22
4.3.8纯水高位配槽 22
5水力计算 22
5.1废水输送管道与调节池提升泵 22
5.2石英砂过滤柱反冲洗 23
5.2.1参数选取 23
5.2.2水力计算 23
5.3淋洗 24
5.4酸液提升管道与泵 24
5.5碱液提升管道与泵 24
5.6 Na2CrO4液提升管道与泵 24
6经济预算 25
7交换柱等设备的材质选择和防腐措施 25
8操作管理注意事项 26
8.1操作管理注意事项 26
8.2树脂管理的注意事项 26
总结与体会  27
参考文献 28
致谢 29
1概述
1.1电镀铬工业的发展
六价铬电镀是电镀行业中应用最广泛的三大镀种之一，量大面广，在电镀工业中占有极其重要的地位。六价铬镀层外观优美、硬度高（硬度为800-1000HV，几乎是所有镀层中最硬的镀层）、耐蚀、耐磨性好，具有高稳定性和高反光性。六价铬镀层不仅用于装饰性镀层，而且大量用于功能性镀层以及工件的修复等，微裂纹铬层还可以作为润滑镀层。功能电镀硬铬的工件包括液压汽缸和柱塞、曲轴、印刷板、滚筒、内燃机活塞、塑料模具和玻璃纤维工件、切削工具等，也可以用于修复磨损的工件，例如滚筒、模具、汽缸和曲轴的修复。
随着技术的发展和环境保护的重视，在传统镀铬的基础上，相继发展了微裂纹和微孔铬、乳白铬、松孔镀铬、镀黑铬、低浓度镀铬、稀土镀铬、高效率镀硬铬及镀二价铭等新工艺，使镀铬层的应用范围进一步扩大。
不同六价铬电镀工艺所用的原料成分不同，那么在废水处理工艺的选择过程中应根据原料成分的差异采取相应的处理工艺，以满足回收利用条件或达标的要求[1]。
1.2六价铬电镀废水的危害
六价铬电镀在推进了电镀工业发展的同时，也造成了极其严重的环境污染。据2006年不完全统计，我国电镀行业当年排出的电镀含铬废水约有40亿立方米[2]。六价铬是严重的腐蚀介质和环境的重污染物质，它的毒性大约是三价铬毒性的100倍。如果水中六价铬的含量超过0.05mg/L，就会对人体产生毒性作用。六价铬还对皮肤有严重的刺激性，能造成皮肤溃疡。长期摄入会引起肺癌、肾、胃衰竭并引起表皮组织的损伤。另外，六价铬对农作物的影响也极为严重，5～6mg/L的Cr(VI)就能使农作物枯死，同时可使土壤气孔堵塞，破坏土壤团粒结构。电镀过程产生的含铬废水会污染江河水质，对生态环境造成严重的污染。
世界卫生组织、美国、英国等均有规定饮用水中Cr(VI)的含量不能超过0.05mg/L，美国环境保护局(EPA)将六价铬列为7种高度危险的毒性物质之一，六价铬还被列为危险的空气污染物质(HAP)。美国资源保护和回收协议(RCRA)中，规定铬含量超过5mg/L的废物就是一种危害废物(D007)，失效的铬酸电镀液必须作为危险废物进行处理。自2010年7月1日起，我国工业废水中六价铬最高容许排放浓度全部执行0.2mg/L的排放限值。在我国，铬电镀废水是六价铬污染的主要来源，严重污染我国的水、土壤和大气环境。因此，研究含铬废水的处理具冇非常重要的意义。
1.3国内外电镀含铬废水的治理状况
1.3.1国内电镀含铬废水的治理状况
我国对电镀含铬废水的治理始于60年代中期，大多采用化学沉淀法，如FeS还原法、FeS04还原法、石灰沉淀法等；70年代化学法有了新进展，出现了离子交换法、电解还原法，同时废水处理也由线外处理转向线内处理，减少了污泥量，占地面积和投资都有所减少，部分漂洗水还实现了回用；80年代电解法和离子交换法也有了新的发展，并研制出电镀过程中的逆流漂洗工艺，减少了漂洗水的耗量，金属回用率高，实现了闭路循环系统，但此法仅适用于单镀种作业而且投资较大，调控较难；90年代年以来微生物技术得到了广泛的重视，但是由于电镀废水中重金属离子成分复杂，而且容易毒害微生物，从而使菌株驯化培养十分困难，因此该法目前尚处于实验室研究阶段。
节约能源、降低消耗、提高治理效率、减少污染物排放一贯是环境保护技术追求的目标。前面提到的一些治理方法都偏重于对电镀生产废水的最后处理，能源和资源消耗较多。因此，人们研究了减少电镀生产用水量的方法，从工艺着手节约能源和降低材料消耗。电镀用水主要是清洗用水，将先进的清洗技术推广应用到电镀清洗上，能够节约大量用水，也可相应地降低治理费用，有利于集中精力来提高治理效率。在此基础上，利用计算机进行仿真计算，控制末级清洗槽浓度，并融合各种蒸发浓缩技术（大气蒸发、薄膜蒸发、余热蒸发、喷淋蒸发等）和离子交换技术等，将浓缩了的清洗水微排放和无排放，实现了电镀行业清洁生产的一项创新。
1.3.2国外电镀含铬废水的治理状况
由于资源的匮乏和环境污染的加剧，国外的一些工业化国家早在四五十年代就着手于电镀含铬废水的治理研究，形成了一系列独具特色的处理工艺。
⑴日本电镀含铬废水的治理
日本和其他工业发达国家相同，一方面致力于改进清洗方法和工艺，以减少漂洗水耗量；利用循环设备，离子交换法、薄膜蒸发器、反渗透等技术以达到资源回收利用。另一方面，着手建立一系列电镀中心，将许多中小型电镀厂集中起来，废水集中处理。电镀工业中心最大的特点是废水首先由各电镀小厂内进行预处理，然后分成不同水系由下水道排入公用的处理中心进行综合处理，最后排水都经离子交换处理，水循环利用率高达90％，所产生的污泥经分离浓缩脱水后，回用或送给其它相关的工厂利用，废水经处理达到排放标准。由于电镀中心的废水采用集中处理，使污水处理量显著减少，水的消耗量较同规模一般电镀厂减少约十倍，且水处理设备利用率高，工作效率高。日本目前用于废水处理的费用占电镀制品总销售额的5～6％，今后还将继续增长。
⑵英国电镀含铬废水处理
英国各电镀厂采用离子交换法的目的是提高水的循环利用率，有效地去除各种金属离子以应付今后日趋严格的废水排放标准。各离子交换柱的洗脱液仍采用常规化学法作中和沉淀处理。其中固液分离手段几乎全部采用斜管沉淀及快速砂滤。且处理设备自动化程度高，对重金属酸碱废水处理采用pH自控系统，对Cr6+还原，氰化物氧化分解普遍采用pH及ORP(氧化还原电位)自控系统；离子交换设备的交换终点以及再生过程也采用自动控制系统，不但减轻了劳动强度，而且大大缩短了交换柱的再生周期，提高了设备和树脂的利用率。
⑶欧美等国的电镀含铬废水处理
欧美工业发达国家特别是西德、瑞士等国更多地采用离子交换树脂提高水的循环利用率。加拿大厄考脱(ECO.TEC)公司的Recoflo离子交换短床系统处理回收铬、镍、铜等化工原料时，只要加上混合废水pH自控系统便可满足环境要求。
总之，国外电镀含铬废水的治理与国内相比具有以下特点：
(1)电镀生产厂点集中，废水集中处理而且综合处理效率高。
(2)处理设备自动化程度高，普遍都用到离子交换技术以及采用pH及0PR自控系统。
(3)电镀污泥或浓废液有专门的处理中心，渠道畅通，废水处理站无电镀污泥处理的后顾之忧。
1.4常用电镀含铬废水处理技术
目前国外最实用的电镀废水处理技术为化学沉淀法、电解法、蒸发浓缩法、离子交换法四种。我国也将此四种技术作为治理电镀废水的主要手段。
电镀含铬废水的治理方法很多，按其作用原理，可分为物理方法、化学方法、物理化学方法、生物方法四类。
1.4.1物理方法
物理方法是利用物理作用分离废水中污染物质，在处理过程中不改变物质的化学性质,如电镀废水中的除油、蒸发浓缩回用水等。但是在处理电镀废水的工艺中，物理方法只是作为处理方法中的一个环节，很少单独使用。现介绍几种常用方法如下：
⑴膜分离法
膜分离法以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力（如压力差、浓度差、电位差等）时，原料侧组分选择性透过膜，以达到分禽、除去有害组分的目的。目前，工业上应用的较为成熟的工艺有反渗透和液膜。其它方法如EDI反应器、膜生物反应器、微滤等仍处于基础理论研究阶段，尚未进行工业应用。
电渗析法是在直流电场作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从而使废水得到净化。反渗透法是在一定的外加压力下，通过溶剂的扩散，从而实现分离。反渗透和电渗析法处理效果好，可实现废水的循环使用，浓缩液可回收用于镀槽。但处理费用高，不适用于处理大量的废水。
液膜包括无载体液膜、有载体液膜、含浸型液膜等。液膜分散于电镀废水时，流动载体在膜外相界面有选择地络合重金属离子，然后在液膜内扩散，在膜内界面上解络，重金属离子进入膜内相得到富集，流动载体返回膜外相界面，如此过程不断进行，废水得到净化。膜分离法的优点是能量转化率高、装置简单、操作容易、易控制、分离效率高、原料价廉易得等优点。但该法投资大，运行费用高，薄膜的寿命短。该方法主要用于回收附加值高的物质，如金等。
⑵粘土吸附法
近些年来，不少人开始研究用膨润土、累托石以及其它们改性后的产物来处理工业废水。膨润土是以蒙脱石为主要成分的黏土矿物，因与其他物质相比，它具有较大的比表面积、良好的吸附能力且价格低廉而越来越受到人们的关注。累托石是特殊品体结构的铝硅酸盐矿物，由类云母单元层和类蒙脱石单元层在特殊自然条件下有规则地交替堆积，累托石结构中蒙脱石层间的水化阴离子，可以被大量其它无机、有机阴离子交换。张小庆[3]得出了改性累托石对含铬废水的最佳吸附条件（吸附剂用量、吸附平衡时间的确定、pH值等）。在此吸附条件下，改性累托石对含铬废水的吸附效果达到99%以上。并且对铬的吸附机理、吸附热力学以及吸附动力学参数的确定等均进行了研究。
⑶活性炭法
活性炭吸附法是处理电镀含铬废水的一种有效的方法[4]。国内从70年代开始，有不少单位对其进行了研究，并有部分投入生产使用。活性炭对六价铬的作用可视为吸附作用，也可视为还原作用。这两种作用随废水pH值的变化而转移。在pH值为4～6.5时，六价铬以HCr0-4及Cr02-4离子形态被活性炭吸附；在强酸性条件下六价铬被活性炭还原为三价铬，三价铬几乎不被活性炭吸附。
吴克明等[5]运用反应柱填充活性炭法处理含铬废水，通过静态和动态的试验研究得到了比较理想的结果，其Cr(VI)去除率达到98%，且出水水质符合国家工业废水的排放标准。
此法具有占地面积小、设备简单、效果稳定、操作容易、处理后废水可循环使用、活性炭消耗少、可再生使用等优点。但活性炭的再生较麻烦，再生方法、工艺流程等需进一步改进。
⑷其他材料吸附
近年来国内外学者已经研究了一些天然的吸附剂，如褐煤、椰子壳、玉米芯子、棕榈纤维以及塘沟污泥中的腐植酸等。刘翠霞以龙口褐煤作吸附剂净化含铬废水，处理后的废水可直接排放或循环使用，而吸附饱和的褐煤可以用稀酸脱附再生，脱附出的物质为毒性小的Cr(III)，然后再可以用加碱的方法使其沉淀后回收有用的Cr(OH)3，而褐煤仍不失去能源价值。玉米芯子也是一种较好的吸附材料，能有效地去除废水中的Cr(VI)，在吸附过程中，把Cr(Vl)还原成Cr(III)，并吸附大量的Cr(VI)和Cr(III)。棕榈纤维和椰子壳经过加热干化后，粉碎至尺寸约0.30mm左右，酸碱溶液活化，有较强的吸附能力[6]。
⑸间歇式逆流漂洗
逆流漂洗法在上世纪70年代被提出并开始应用，它是指电镀工件从镀槽中取出经漂洗时，工件运行的方向与渡槽和漂洗槽递次补充水的方向相反。马晓鸥[7]等人研究的十二级间歇式逆流漂洗法消耗的水量仅为普通逆流漂洗方式的十分之一，浓缩的含铬液可全部回用，无废水排放。
1.4.2化学方法
化学方法就是向废水中投加一些化学药剂，通过化学反应改变废水中污染物的化学性质，使其变成无害物质或易于与水分离的物质，再进一步从废水中除去的处理方法。当前，化学方法在电镀含铬废水处理中的应用最为广泛。据报道，我国大约有41%的电镀厂釆用化学方法处理电镀含铬废水[8-9]；在日本，化学方法占全国治理总数85%左右[10]。此方法具有操作简单可靠、能承受大水量和高浓度负荷、投资少、效果稳定等优点，适合各种类型的电镀铬企业的废水治理。但是，此方法存在着严重的二次污染问题，有待进一步解决。目前，电镀含铬废水的化学处理方法主要包括以下几种：
⑴光催化法
光催化法是近年来在处理水中污染物方面迅速发展起来的新方法，特别是利用半导体作为催化剂处理水中有机污染物方面已经有许多报道。周晓谦[10-11]等人以半导体氧化物(ZnO/TiO2)为催化剂，利用太阳光光源对电镀含铬废水加以处理，经90min的太阳光照(1182.5W/m2)，使六价铬还原成三价铬，再以氢氧化铬形式除去三价铬，铬的去除率较高。
⑵化学还原法
化学还原法是含铬废水处理方面应用最广泛的方法。该方法通常是用还原剂把毒性很大的六价铬还原成毒性较低的三价铬，然后利用中和沉淀法除去废水中的三价铬离子。常用的还原剂是硫酸亚铁、二氧化硫、亚硫酸盐等。其中亚硫酸盐法应用最广。我国大连、沈阳、上海的一些电镀厂已应用十余年，效果较好。现在电镀厂也经常采用的是硫酸亚铁-石灰法处理含铬废水。但是也有报道，利用发电厂的废弃物粉煤灰代替石灰粉，可以达到以废治废的目的[12]。这类方法具有处理量大、投资资少、反应快以及反应产物为毒性较小的三价铬污泥，处理后水能达到排放标准，并且能回收利用氢氧化铬，设备和操作也较简单，综合利用较方便等特点，故在国内外应用较广。该法的缺点是产生大量的铬污泥，如果找不到综合利用的出路而存放不妥，容易引起二次污染。
⑶化学沉淀法
化学沉淀法是指向废水中投加某些化学试剂，使之与废水中的污染物发生化学反应，形成难溶的沉淀物，然后进行固液分离，从而除去废水中的污染物。化学沉淀法按照使用沉淀剂的不同可分为氢氧化物沉淀法、铬酸盐沉淀法和铁氧体沉淀法等。
①氢氧化物沉淀法
铬的氢氧化物的溶度积很小，因此可釆用氢氧化物沉淀法去除。常用的沉淀剂有石灰、碳酸钠、苛性钠等。由于此法采用的沉淀剂来源甚广、价格较低，因而在生产实践中应用广泛。虽然金属的硫化物溶度积比氢氧化物溶度积小，但是其处理费用较高，而且硫化物沉淀法产生的沉淀颗粒细小，不易沉淀，所以在生产实践中很少应用。
②铬酸盐沉淀法
这种方法处理的对象只限于六价铬，投加的沉淀剂有氯化钡、硫酸钡和碳酸钡等，因而习惯上也称为钡盐法[13]。钡盐法是利用置换反应原理，用钡盐中的钡离子与废水中的铬酸作用，形成铬酸钡沉淀下来，再利用石膏过滤，将残留的钡离子去除，然后采用聚氯乙烯微孔塑料管，去除硫酸钡沉淀。钡盐法优点是处理后的水可用于电镀车间水洗工序、效果好、工艺简单。通过石膏除钡后，废水还可以回用，并且可以回收铬酸，复生BaCO3。缺点是过滤用的微孔塑料材料加工比较复杂且容易阻塞、清洗不便、处理工艺流程较为复杂、药剂来源比较困难，且易引进二次污染物钡离子，污泥中含有Cr(VI)，必须综合利用。
③铁氧体沉淀法
铁氧体沉淀法是在硫酸亚铁法的基础上衍生出的一种方法[14]。铁氧体沉淀法处理含铬废水一般分为三个过程，即还原反应、共沉淀和生成铁氧体。首先向酸性的含铬废水投加废铁粉或硫酸亚铁，Cr(VI)被还原成Cr(III)，再加热、加碱、通入空气搅拌，Cr(III)便沉淀并成为铁氧体的组成部分，转化成类似于尖品石结构的铁氧体品体而沉淀。铁氧体是指具有铁离子、氧离子及其它金属离子所组成的氧化物。它是一种陶瓷性半导体，具有铁磁性。处理1m3浓度为50mg/L～100mg/L含铬废水，可生成0.3kg～0.6kg的铁氧体。该方法的处理效果较好、投资少、设备简单、且污泥可以综合利用，但是也存在不能单独回收有用金属，处理成本较高，需耗亚铁、碱与热能，同时出水中硫酸铁的含量高等缺点。
1.4.3物理化学方法
物理化学方法是通过物理和化学的综合作用使废水得到净化的处理技术。主要有以下几种方法：
⑴离子交换法
该技术的研究开始于20世纪30年代，应用于20世纪70年代，最早是美国于1972年提出“电镀废水零排放计划”。70年代中后期，美国、日本等的电镀逐步向零排放的“闭路循环工序化”发展，即逆流漂洗-离子交换-蒸发浓缩的应用，离子交换法的主要功能有：①去除各种有害重金属离子，以应对今后日趋严格的排放标准；②脱盐，如化学法处理后，再经树脂交换脱盐作末道把关；③回收废水中的有价值的金属，如金、银、铜、镍、铬等；④提高水的循环利用率，节约日益匮乏的水资源；⑤在多道逆流漂洗后，用于废水净化形成闭路循环。利用阴离子交换树脂，可以有效地除去废水中的铬酸根或重铬酸根状态的Cr(VI)，利用阳离子交换树脂则可以除去废水中Cr(III)及其他金属离子，而阴离子树脂可以回收Cr(VI)。此法可用于镀铬槽的洗涤水闭路循环系统。此法优点是处理后出水水质好，水和铬酸可以回收利用；但缺点是一次性投资大，操作管理复杂，树脂的污染的问题还有待解决[15-18]。
随着离了交换工艺的连续化和新型大孔离子交换树脂的不断涌现，在电镀废水深度处理、高价金属盐类的回收等方面，离子交换法越来越展现出其它方法难以匹敌的优势。为了提高水的循环利用率，符合日趋严格的排放标准，预期离子交换的应用还会更大程度的推广，装置流程的设计也将走向定型化、自动化和微机控制化。
国内外关于应用树脂处理六价铬废水也有不少报道。张澄信、刘军梅[19]等人对D301树脂残余交换容量的影响因素做了研究。实验结果显示：树脂粒度减小、水温升高、流速降低都会使酸度穿透时的残余交换容量值明显减小。舒增年、熊春华等人研究了D318型树脂对Cr(VI)的吸附和再生性能，实验结果显示该树脂在pH=3.16的HAC-NaAC介质中吸附容量可高达265.4mg/g，且釆用NaOH-NaCl再生，效率可达94.9%。唐树和等人采用201×7型强碱阴离子树脂处理模拟的Cr(VI)废水，探讨了废水pH、交换时间、浓度对去除效果的影响以及树脂再生所需的适宜温度和再生剂浓度。Fethiye Gode[20]等人用强碱阴离子树脂Lewatit M610和弱碱阴离子树脂Lewatit MP62分别对Cr(Vl)的吸附做了对比研究，并对初始浓度、搅拌时间、pH、树脂量等参数做了比较试验，得出吸附等温线和动力学方程。
⑵电解法
电解法主要是使废水中的有害物质通过电解过程在阳、阴两极上分别发生氧化和还原反应，转化成无害物质，或利用电极氧化和还原产物与废水中的有害物质发生化学反应，生成不溶于水的沉淀物，然后达到分离除去的目的[21]。从20世纪60年代，国内学者已经开始用电解法处理电镀含铬废水，并取得了很好的效果。目前，由于电解法的耗电量高，污泥也很多，已经很少使用。但是电解法流程简单、操作方便，回收的金属纯度高，在某些场合采用电解法处理浓废液，还是有很高的经济效益。另外，也有利用电解法的原理，采用电浮选法除去废水中的金属离子[22]。
1.4.4生物处理方法
用生物法治理含铬废水，是依靠人工培养一种功能菌，这种功能菌具有静电吸附作用、酶的催化转化作用、絮凝作用、络合作用、包藏共沉淀作用和对pH值的缓冲作用。在废水处理中，通过功能菌的作用，使废水中的六价铬还原为三价铬，然后三价铬离子被菌体吸附和络合，经固液分离，废水达标排放或回用，重金属离子沉淀成污泥。功能菌在一定温度下靠养分不断繁殖生长，从而长期产生废水处理所需的菌源。
在微生物处理电镀含铬废水方面，Romanenko等[23]曾用脱色杆菌厌氧处理含铬废水，三天内每克干生物量可将2.1g铬酸钾还原成三价铬；孙国玉等用假单孢菌81001号加活性污泥处理电镀含铬废水有一定的效果，但这些报道仅限于单一菌株。吴乾菁等[24]利用复合功能菌净化回收电镀废水和污泥中的铬等金属，取得了较好的效果。汪频等人[25]用硫酸盐还原菌进行了去除铬的试验，对铬的去除率达99.8%。
生物法处理电镀废水综合处理能力较强、操作简单、设备安全可靠、排放水用于培菌及其他使用,同时污泥量少、污泥中金属回收利用、能实现清洁生产、无污水和废渣排放、投资少、能耗低、运行费用少、技术含量高等。综合以上优点，生物法处理含铬废水的工艺适用于大、中、小型电镀厂的废水处理。该技术具有重大的实用价值，易于推广。但从实用角度看，也存在以下几点不足：功能菌反应效率有待提高、功能菌繁殖速度较慢、处理水难以回收等。
另外还有一种惰性生物吸附法，它是指利用非生物性微生物的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的铬离子，再通过两相分离来去除废水中铬的方法。Prakashan等在研究霉菌Rhizopusarrhizus吸附性能过程中比较了机械搅拌反应器和流化床反应器的除铬效果，发现流化床反应器均优于机械搅拌反应器。Tobin等将霉菌Mucormeihi吸附Cr(III)的性能同尚子交换树脂进行了比较，得出霉菌Mucormeihi的吸附性能与强酸交换树脂几乎相同，高于弱酸性交换树脂。他们认为就吸附机理而言，霉菌Mucormeihi与弱酸性交换树脂作用机理相同，霉菌中的胺基使吸附Cr(III)能力增强。由此可见，用惰性微生物生物吸附去除铬不但充分利用了廉价原料，而且具有较好的除铬效果。但是，此方法需要对惰性微生物进行预处理，预处理是提高含铬废水处理效果的关键因素之一，这使得生物吸附剂难以按照人们的指令及用户的需求形成系列产品。同时，吸附了铬的生物体如何处理等问题，也限制了该方法的使用。
综上所述，在现在己应用或研究的十几种含铬废水的处理方法中，以化学法应用最为广泛。化学处理镀铬废水操作简便、有效，只要化学药剂选择恰当，就可以根据化学反应方程式准确地计算出投加量，应用也比较成熟。但化学沉淀法存在的，严重问题是产生的沉渣量大，会造成严重的二次污染，铬资源无法回收利用等。
而离子交换法就弥补了化学法的二次污染问题，且该法具有适应pH值范围宽（pH3～12）、能回收贵重金属、处理后水质好、出水可多次循环使用等优点，而且当前应用离子交换法回收铬等金属的研究及应用已经逐渐成熟[26-27]。
2设计资料
2.1设计任务及依据
2.1.1设计任务
本设计的编制范围是某表面处理车间离子交换法处理电镀含铬废水工艺设计，内容包括工艺流程选择、构筑物工艺设计计算、水力计算、平面及高程布置、附属构筑物设计等。
2.1.2设计依据
⑴《中华人民共和国环境保护法》和《水污染防治法》
⑵《电镀废水治理工程技术规范HJ2002－2010》
⑶《污水处理构筑物设计与计算》
⑷《水工业工程设备》
⑸《给水排水设计手册》
⑹《毕业设计任务书》
2.1.3设计原则
⑴贯彻执行国家关于环境保护的政策，符合国家的有关法律、法规、规范及标准。根据设计进出水质要求，所选污水处理工艺力求技术先进成熟、处理效果好、运行稳妥可靠、高效节能、经济合理，确保污水处理效果，减少工程投资及日常运行费用。
⑵妥善处理处置污水处理过程中产生的污泥，避免造成二次污染。
⑶为确保工程的可靠性及有效性，提高自动化水平，降低运行费用，减少日常维护检修工作量，改善工人操作条件，本工程中所选用的设备为优良名牌设备。
⑷为保证污水处理系统正常运转，供电系统需有较高的可靠性，且污水站运行设备有足够的备用率。
⑸站区总平面布置力求在便于施工、安装和维修的前提下，使各处理构筑物尽量集中，节约用地。
2.2设计基础资料
2.2.1设计规模及设计水质
废水水量120.0m3/d(平均值)；废水水质见表2.1。
表2.1 废水水质
项目
六价铬（c）
Cr3+
Cu2+
Zn2+
SS
pH值
浓度
60～200
（150）
3～20
（10）
3～20
（10）
8～30
（20）
10～40
（30）
4～6
（5）
注：表中除pH值外单位均为mg/L；括号中数值为平均值。
2.2.2处理要求
①处理后废水达到《污水综合排放标准》（ GB21900-2008）规定的一级标准，见表2.2。
表2.2 处理后水质
项目
六价铬（c）
总铬
总铜
总锌
SS
pH值
浓度
0.2
1.0
0.5
1.5
50
6～9
注：表中除pH值外单位均为mg/L。
②处理后废水回用率达80%以上。
③废水中的铬以铬酐（CrO3）的形式回收，重新用于生产。
3电镀含铬废水的处理方案和工艺流程
3.1废水来源
电镀含铬废水主要来源于粗化、镀铬、钝化、化学镀铬、阳极化处理等。
3.2电镀含铬废水主要成分
六价铬、铜、锌、铁、等金属离子及SO2-4、Cl-等阴离子。
3.3工艺比较分析
3.3.1亚硫酸盐还原处理技术
⑴亚硫酸盐还原法处理电镀含铬废水宜采用图3.1所示的基本工艺流程：
H2SO4
调节池
反应池
沉淀池
污泥脱水
亚硫酸盐 NaOH

含铬废水 回用或排放

污泥

污泥脱出水 氢氧化铬
污泥

图3.1 亚硫酸盐还原处理电镀含铬废水的基本工艺流程

⑵亚硫酸盐还原法处理电镀含铬废水，应满足以下技术条件和要求：
a）可采用间歇式及连续式处理。采用间歇处理时，调节池容积按平均每小时废水流量的4～8h计算；采用连续式处理时，可适当减少调节池容量，并设置自动检测和投药装置；
b)亚硫酸盐宜选用亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、焦亚硫酸钠等；
c）进水pH值宜控制在2.5～3.0，ORP宜控制在230～270mV；反应时间宜控制在20～30min；
d）亚硫酸盐的投加量应通过试验确定，亦可按表3.1给出的参考值选择
表3.1 亚硫酸盐与六价铬的投量比（质量比）
亚硫酸种类
理论值投量比
实际使用量
六价铬：亚硫酸氢钠
1：3
1：4～5
六价铬：亚硫酸钠
1：3.6
1：4～5
六价铬：焦亚硫酸钠
1：2.74
1：3.5～4
e）废水经还原反应后，宜加碱调废水pH值7～8，使三价铬